2020年06月18日，Bioresource Technology发表题为“Elucidating temperature on mixotrophic cultivation of Chlorella vulgaris strain: different carbon source application and enzyme activity revelation”的研究论文，揭示温度变化对小球藻兼养培养过程中碳源的利用和代谢酶活性的影响机制。

作为第三代能源，微藻不仅可以去除污水中的污染物固定二氧化碳，同时还可以产生脂质等能源物质，被认为是一种有前景的化石能源替代能源。微藻的兼养培养同时利用光能和有机物，具有生长速度快生长周期短的特点。目前大多数的研究都利用空气中的二氧化碳作为无机碳源，但是气态二氧化碳溶解度低在溶液中停留时间短导致其并不能满足光合作用的需求。微藻细胞内存在碳酸酐酶，使其利用碳酸氢盐溶液作为碳源成为可能。碳酸氢盐溶液可以通过用碱液吸收工业废气获得，同时被微藻利用过的培养基成碱性碳酸根浓度较高，可以继续用来吸收二氧化碳，使得整个过程更加得节能可持续。整个过程并不需要暴气节省了能源和成本。关于有机碳源，有机废弃物发酵液的应用可以大大节省微藻培养费用。本研究首次探究了应用碳酸盐和碳酸氢盐作为无机碳源，葡萄糖和乙酸钠作为有机碳源培养小球藻。同时探究了温度对小球藻主要的无机碳和有机碳代谢酶（Rubisco和柠檬酸合酶）活性的影响。提出了一种以碳酸氢盐和可再生有机碳为碳源的微藻培养新模式，同时揭示了温度和代谢酶之间的关系，为提高微藻生物量的积累提供了新见解。

研究结果表明小球藻的最适生长温度范围为15-20 °C。当温度高于25 °C时，其生长受到明显抑制。碳源代谢酶活分析表明无机碳代谢酶Rubisco活性在较高温度下明显下降，而有机碳代谢酶柠檬酸合酶活性在不同温度下并没有明显变化，说明小球藻的光合作用在较高温度下会受到抑制，从而导致生物量的降低。此外，从不同碳源分析中得出小球藻最佳碳源组合为碳酸氢盐和乙酸盐。基于本研究结果，我们提出了微藻培养和有机废弃物两相厌氧消化相结合的新工艺（图1）。其中产酸相产生的富含乙酸的发酵液可以作为有机碳培养微藻，而提纯发酵产生的沼气所用的碱液富含碳酸氢盐可以作为微藻无机碳。从这个新工艺中，两相厌氧消化既可以高效的处理固体废弃物，又可以为微藻培养提供碳源。同时我们还可以获得纯的甲烷。

    该研究主要由张增帅和高鹏涛为共同第一作者、郭亮为通讯作者，并得到山东省自然科学基金（ZR2017MEE067），中央高校基础研究经费（201964005）和海洋生态及环境国家实验室开放基金（LMEES201805）项目的资助。

图 1. 微藻培养和有机废弃物两相厌氧消化结合新工艺

Fig. 1. A novel and sustainable process for microalgae cultivation by integrating the two-stage anaerobic digestion of organic waste and biogas upgrading

论文引用：

Zhang Zengshuai, Gao Pengtao, Guo Liang^*, Wang Yi, She Zonglian, Gao Mengchun, Zhao Yangguo, Jin Chunji,Wang Guangce. Elucidating temperature on mixotrophic cultivation of Chlorella vulgaris strain: different carbon source application and enzyme activity revelation. Bioresource Technology, In press, doi: 10.1016/j.biortech.2020.123721.

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.123721

通讯员：

郭亮（中国海洋大学环境科学与工程学院；E-mail: geletu@ouc.edu.cn）李辉